De temperatuur in de lagere stratosfeer

Al eerder schreef ik op deze plek over de temperatuur in de lagere stratosfeer. In onderstaande figuur is het temperatuurverloop in de atmosfeer te zien met betrekking tot de hoogte. In de troposfeer, die tussen 8 km (polen) en 17 km (tropen) hoog reikt, speelt zich het weer af zoals we dat op aarde waarnemen.

atmo

Bron:  Wikipedia

De temperatuur in de troposfeer neemt met ongeveer 6,5 °C /km af, voornamelijk als gevolg van uitstraling van IR naar de ruimte, maar vooral als gevolg van adiabatische afkoeling van lucht. Adiabatische afkoeling ontstaat als stijgende luchtmassa’s uitzetten als gevolg van lagere luchtdruk in de hogere delen van de troposfeer. Bij die uitzetting neemt de temperatuur af zonder dat deze aan de omgeving wordt afgegeven. Zou de troposfeer vrij zijn van water(-damp) dan zou de afname van de temperatuur met de hoogte ongeveer 10 °C /km zijn. Maar omdat er vrijwel altijd water aanwezig is dat verdampt en daarbij warmte aan de omgeving afstaat is de afkoeling minder, gemiddeld 6,5 °C /km.

natadiabaat

De overgang van troposfeer naar stratosfeer heet tropopauze: hier neemt de temperatuur met de hoogte niet meet toe, en is ongeveer – 55 °C . Dat heeft belangwekkende gevolgen voor de fysica van de atmosfeer. Immers, convectie (stijging van lucht) kan alleen plaatsvinden indien de bovenlucht kouder is. Allerlei verticale luchtbewegingen en de daarvan het gevolg zijnde processen zoals wolkvorming kunnen daarom alleen maar plaatsvinden in de troposfeer. Daarom speelt ons ‘weer’ zich uitsluitend af in de troposfeer, de onderste 8 tot 17 km dikke laag van de atmosfeer.

In de stratosfeer neemt de temperatuur weer toe met de hoogte. Dat is het gevolg van de aanwezigheid van ozon in de stratosfeer. Ozon absorbeert veel UV van het binnenkomende zonlicht, waardoor de stratosfeer opwarmt.

Nu is de temperatuur in de onderste stratosfeer de afgelopen decennia gedaald. Wetenschappers onderscheiden 2 mogelijke oorzaken: afname van ozon en toename van broeikasgassen in de troposfeer. Dat laatste zou een toename van de temperatuur in de troposfeer veroorzaken en daarmee een daling van de temperatuur in de stratosfeer. Thompson et al (2012) stellen dat afkoeling als gevolg van een versterkt broeikaseffect zich met name afspeelt in de midden- en hogere stratosfeer en niet in de lagere stratosfeer. Daar zou vooral de afname van de ozonconcentratie de oorzaak van afkoeling zijn. Die afkoeling ziet er als volgt uit:

tls2

Bron: Climategrog

De vulkanische uitbarstingen van El Chichon en Pinatubo verhogen tijdelijk de temperatuur in de lagere stratosfeer als gevolg van aerosolen die opgewarmd worden door binnenvallend zonlicht. Dat effect verdwijnt binnen 4 a 5 jaar na de uitbarsting als gevolg van depositie van de aerosolen. Merkwaardig is het verloop van de temperatuur in lagere stratosfeer na elke vulkaanuitbarsting: de temperatuur zakt dan 0,5 °C ten opzichte van het temperatuurniveau van vóór de uitbarsting en veert niet meer op.

Bezien we de concentratie aan ozon in de stratosfeer dan ziet dat er zo uit:

ozon 19

Bron: NASA

Vanaf 1970 tot begin jaren ’90 laat het ozongehalte een scherpe daling zien. Het is mogelijk dat die scherpe daling in de temperatuurgrafiek gemaskeerd wordt door de beide vulkaanuitbarstingen. Met andere woorden: zouden die uitbarstingen er niet geweest zijn dan was er wellicht sprake geweest van een meer geleidelijke temperatuurdaling. Anderzijds zou je verwachten dat de lichte stijging van het ozongehalte na 2000 ook zichtbaar zou moeten zijn in de temperatuur van de lagere stratosfeer, maar dat is niet het geval. Ik speur verder naar een verklaring.